本發(fā)明涉及激光切割，具體地講，涉及基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車。

背景技術(shù)：

1、激光切割是激光加工行業(yè)中一項(xiàng)重要應(yīng)用技術(shù)，具有切割速度快、加工精度高、割縫細(xì)等特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)非接觸加工，使得加工工件無(wú)機(jī)械應(yīng)力和表面損傷。這使得激光切割幾乎不受材料限制，在切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等廣泛材料中都有所應(yīng)用。

2、隨著技術(shù)發(fā)展近些年來(lái)，先進(jìn)復(fù)合材料因具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比模量等優(yōu)良性能，在航空、航天、船舶、高鐵、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但同時(shí)，其硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、各向異性以及離散性等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的加工方式難以滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件高精度、高效率的加工要求。通常采用三維?co2?激光切割機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料大型復(fù)雜工件、高效的、高精度加工。

3、在汽車行業(yè)，對(duì)于三維工件切割的需求逐年增多，因?yàn)槎趸技ぎa(chǎn)生熱量大，無(wú)法使用光纖控制，針對(duì)于二氧化碳激光控制硬光路的多自由度機(jī)械臂較為少見(jiàn)。如申請(qǐng)公布號(hào)為cn116765595?a的中國(guó)專利所公開(kāi)的一種zac多軸光路一體式自動(dòng)調(diào)焦三維五軸激光切割頭，和申請(qǐng)公布號(hào)為cn116765595a的中國(guó)專利所公開(kāi)的一種三維五軸激光切割頭，都通過(guò)三個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)自由度的控制，但是該裝置只能通過(guò)基于龍門桁架等三坐標(biāo)位移裝置才能很好的實(shí)現(xiàn)三維切割，但這種方式在切割內(nèi)腔時(shí)，會(huì)因機(jī)械臂長(zhǎng)度不夠，無(wú)法深入內(nèi)部進(jìn)行切割。同時(shí)在狹隘處由于機(jī)械臂結(jié)構(gòu)限制，以至機(jī)械臂關(guān)節(jié)可動(dòng)范圍小，末端激光頭自由度無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

4、同時(shí)，上述兩種二氧化碳機(jī)械臂是基于傳統(tǒng)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)而建立，但在基于多關(guān)節(jié)多自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)種，以?ur5?為例，在末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)平面位移時(shí)，機(jī)械臂整體在不同位置擺動(dòng)量大，關(guān)節(jié)彎曲程度大，導(dǎo)致此結(jié)構(gòu)基于工件腔體內(nèi)切割時(shí)候會(huì)收到空間限制。

5、同時(shí)，在上述ur5架構(gòu)的機(jī)械臂種，在切割平面圖形時(shí)候會(huì)導(dǎo)致機(jī)械臂關(guān)節(jié)彎曲程度大，從而導(dǎo)致機(jī)械臂本身可切割平面范圍減少，使得平面切割范圍與臂長(zhǎng)的比值變大，大大減少了設(shè)備空間的利用率，在復(fù)雜腔體種收到的限制變多。

6、同時(shí)，在二氧化碳激光切割功率瓦數(shù)較大時(shí)，鏡面產(chǎn)生熱量大，如上設(shè)備無(wú)法保障折射鏡面的溫度控制，難以實(shí)現(xiàn)大功率激光切割。

7、同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)大批量小圖案如圓孔切割時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)需要三個(gè)甚至四個(gè)自由度聯(lián)動(dòng)控制，機(jī)械臂整體移動(dòng)量大，在狹隘空間無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂多關(guān)節(jié)移動(dòng)，同時(shí)控制量大，效率低，控制復(fù)雜。并且在復(fù)雜工件下切割?xy?平面移動(dòng)量收到限制時(shí)，非特殊平面切割易出現(xiàn)激光不垂直于切割面的情況，以圓孔為例，易出現(xiàn)切割后圓孔孔壁呈現(xiàn)一定錐度。

8、同時(shí)，在大型汽車外殼切割，或大型腔體內(nèi)測(cè)切割時(shí)，傳統(tǒng)切割需正面切割后對(duì)工件進(jìn)行反轉(zhuǎn)定位，目前切割設(shè)備無(wú)法基于腔體側(cè)面進(jìn)行切割，可以通過(guò)車載移動(dòng)的方式進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行切割。在相關(guān)領(lǐng)域中，如申請(qǐng)公布號(hào)為cn116275775a的中國(guó)專利所公開(kāi)的一種自鋪軌道的自走式焊接機(jī)，該發(fā)明在設(shè)備移動(dòng)方面公開(kāi)了一種履帶式的軌道機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)利用履帶式軌道的設(shè)置，并通過(guò)條形磁鐵的磁性，保證焊接小車移動(dòng)的穩(wěn)定性，另一方面又可以避免軌道的鋪設(shè)，使焊接小車能夠進(jìn)行直線焊接。但該機(jī)構(gòu)在到達(dá)指定工作地點(diǎn)后無(wú)法實(shí)現(xiàn)自身位置定位及位姿偏移補(bǔ)償。

9、同時(shí)，傳統(tǒng)的大型汽車外殼切割或半腔體切割設(shè)備都是基于設(shè)備坐標(biāo)系參考工件的定位要素進(jìn)行定位，但這樣的方式需要調(diào)整工件使其坐標(biāo)建立于設(shè)備自身基準(zhǔn)。這樣的方式便需要工件自身移動(dòng)至設(shè)備的基準(zhǔn)要素進(jìn)行定位，導(dǎo)致在大型工件加工中工件定位困難，需要設(shè)備多，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低等問(wèn)題。

10、同時(shí)，二氧化碳激光切割所需要的硬光路對(duì)于結(jié)構(gòu)限制大，目前市場(chǎng)上仍未出現(xiàn)能夠解決上述問(wèn)題的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車，方便二氧化碳切割。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的：

3、基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車，其特征在于，包括：機(jī)械臂模塊、末端極坐標(biāo)激光頭、反射及散熱系統(tǒng)、麥克納姆輪移動(dòng)底盤和自定位偏差補(bǔ)償系統(tǒng)；

4、所述末端極坐標(biāo)激光頭安裝在所述機(jī)械臂模塊末端；所述反射及散熱系統(tǒng)分布在所述機(jī)械臂模塊內(nèi)，所述反射及散熱系統(tǒng)安裝在所述麥克納姆輪移動(dòng)底盤上方；兩個(gè)所述自定位偏差補(bǔ)償系統(tǒng)分別安裝在所述麥克納姆輪移動(dòng)底盤一側(cè)；所述機(jī)械臂模塊安裝在所述麥克納姆輪移動(dòng)底盤頂部一側(cè)。

5、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述機(jī)械臂模塊包括a軸旋轉(zhuǎn)組件、b軸旋轉(zhuǎn)組件及c?軸旋轉(zhuǎn)組件；

6、所述a軸旋轉(zhuǎn)組件包括機(jī)械臂基座、a軸主動(dòng)齒輪、a軸從動(dòng)齒輪、a軸主軸箱和a軸電機(jī)；

7、所述機(jī)械臂基座安裝在車架上側(cè)，所述a軸主軸箱與所述機(jī)械臂基座通過(guò)軸承形成可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述?a?軸電機(jī)安裝在所述a軸主軸箱一側(cè)，固定連接所述a軸主軸箱的輸入軸，所述a軸主軸箱的輸出軸固定連接所述a軸主動(dòng)齒輪，所述a軸從動(dòng)齒輪固定于所述機(jī)械臂基座，所述a軸從動(dòng)齒輪嚙合所述a軸主動(dòng)齒輪；

8、所述b軸旋轉(zhuǎn)組件包括b軸主軸箱、b軸光路主軸、b軸電機(jī)、小臂上模塊和小臂下模塊，b軸偏心嚙合模塊；

9、所述b軸主軸箱安裝在所述a軸主軸箱上；所述b軸電機(jī)安裝在所述b軸主軸箱一側(cè)；所述b軸光路主軸通過(guò)軸承連接所述b軸主軸箱，所述b軸光路主軸小直徑軸段與所述b軸主軸箱形成可旋轉(zhuǎn)配合；所述小臂下模塊與所述b軸光路主軸通過(guò)所述b軸端面連接板固定連接；所述小臂下模塊的凸緣與所述小臂上模塊的輪廓凹坑形成配合；所述b軸偏心嚙合模塊設(shè)置在所述b軸主軸箱內(nèi)，所述b軸電機(jī)與所述b軸偏心嚙合模塊的輸入端相配合，所述b軸光路主軸與所述b軸偏心嚙合模塊的輸出端相配合；

10、所述c軸旋轉(zhuǎn)組件包括c軸光路主軸、c軸主軸箱、c軸偏心嚙合模塊，c軸電機(jī)；

11、所述c軸光路主軸安裝在所述小臂上模塊一端端面上；所述c軸光路主軸軸承連接所述c軸主軸箱；所述c軸電機(jī)安裝在所述c軸主軸箱徑向一側(cè)；所述c軸偏心嚙合模塊安裝在所述c軸主軸箱內(nèi)，所述c軸電機(jī)固定連接所述c軸偏心嚙合模塊輸入端；所述c軸偏心嚙合模塊輸出端與所述c軸光路主軸相嚙合；

12、下側(cè)反射鏡組件設(shè)置在所述機(jī)械臂基座內(nèi)，固定連接所述車架，中間一個(gè)所述反射鏡組件固定連接所述b?軸主軸箱，中間另一個(gè)所述反射鏡組件固定連接所述小臂下模塊的下端，上側(cè)一個(gè)所述反射鏡組件固定連接所述小臂下模塊的上端，上側(cè)另一個(gè)所述反射鏡組件固定連接所述c軸主軸箱。

13、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述麥克納姆輪移動(dòng)底盤包括所述車架、麥克納姆輪、二氧化碳激光發(fā)生器及蓄電池；所述車架的四角分別安裝有對(duì)應(yīng)的所述麥克納姆輪，所述車架固定連接二氧化碳激光發(fā)生器，所述二氧化碳激光發(fā)生器固定連接蓄電池，所述二氧化碳激光發(fā)生器匹配下側(cè)一個(gè)所述反射鏡模塊。

14、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，下側(cè)反射鏡組件設(shè)置在所述機(jī)械臂基座中心位置，且度反射面正對(duì)所述二氧化碳激光發(fā)生器的激光產(chǎn)生方向；

15、固定在所述b?軸主軸箱上的所述反射鏡組件，其度反射面與第一軸線和第二軸線保持45度夾角；

16、固定在所述小臂下模塊下端的所述反射鏡組件，其度反射面與第二軸線和所述小臂下模塊軸線保持45度夾角；

17、固定連接所述小臂下模塊上端的所述反射鏡組件，其度反射面與第三軸線和所述小臂下模塊軸線保持45度夾角；

18、固定在所述c軸主軸箱內(nèi)的所述反射鏡組件，其度反射面與第二軸線和第三軸線保持45度夾角。

19、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述反射及散熱系統(tǒng)包括水冷散熱器及所述反射鏡組件；

20、所述水冷散熱器安裝在所述車架上側(cè)中間位置；

21、所述反射鏡組件包括反射鏡面、散熱組件和架體；所述散熱組件包括散熱盤、壓力彈簧、密封連接套筒、支撐螺桿、彈簧壓緊盤、彈簧座、端部連接蓋；

22、所述架體包括液體循環(huán)腔體和密封端蓋；

23、所述液體循環(huán)腔體內(nèi)設(shè)有空腔；四個(gè)所述支撐螺桿一端分別穿過(guò)所述反射鏡面及所述散熱盤，與所述液體循環(huán)腔體進(jìn)行螺紋連接，所述反射鏡面與所述散熱盤相貼合；

24、在所述液體循環(huán)腔體另一斷面通孔處設(shè)有螺紋，與所述密封端蓋連接；所述密封端蓋端面開(kāi)有通孔；所述密封連接套筒大直徑軸段的軸肩與所述密封端蓋及所述液體循環(huán)腔體接觸的一面貼合；所述密封連接套筒小直徑軸段與所述密封端蓋通孔相配合；所述彈簧壓緊盤端面中心處開(kāi)有通孔，通孔與所述密封連接套筒相配合；所述彈簧座端面中心處開(kāi)有通孔；所述彈簧座通孔與所述密封連接套筒?小直徑軸段配合，端面與所述密封端蓋貼合；所述壓力彈簧套入所述密封連接套筒小直徑軸段，一端與所述彈簧座端面貼合，另一端與所述彈簧壓緊盤貼合；所述端部連接蓋與所述密封連接套筒端面配合。

25、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述自定位偏差補(bǔ)償系統(tǒng)包括支架組件、壓力反饋組件、角度桿伸出模塊，所述角度桿伸出組件安裝在所述壓力反饋組件前端；所述壓力反饋組件和所述角度桿伸出模塊安裝在所述支架組件上；

26、所述支架組件包括滑動(dòng)模板和立板，所述滑動(dòng)模板開(kāi)有兩個(gè)導(dǎo)向槽型孔，所述滑動(dòng)模板側(cè)邊開(kāi)有定位凸緣，使所立板垂直固定于所述滑動(dòng)模板連接，形成界面呈l形的組件；所述滑動(dòng)模板固定連接所述車架；

27、所述壓力反饋組件包括彈簧座、復(fù)位彈簧、彈簧壓環(huán)和壓力傳感器，所述彈簧座與所述復(fù)位彈簧一側(cè)相貼合，所述復(fù)位彈簧另一側(cè)與所述彈簧壓環(huán)相配合；所述彈簧壓環(huán)一側(cè)為凹形盤狀以定位所述復(fù)位彈簧，所述彈簧壓環(huán)突出形成桿狀觸頭，所述桿狀觸頭穿過(guò)所述彈簧座及所述立板；所述彈簧壓環(huán)與所述復(fù)位彈簧接觸另一側(cè)與所述壓力傳感器壓頭配合；所述壓力傳感器凸臺(tái)與所述滑動(dòng)模板的導(dǎo)向槽型孔相配合，所述彈簧座接觸所述立板；

28、所述角度桿伸出模塊包括滑動(dòng)板、旋轉(zhuǎn)桿支架、角度桿、電動(dòng)推桿、推桿支架a、推桿支架b，所述滑動(dòng)板滑動(dòng)板中間設(shè)有凸臺(tái)，兩側(cè)一側(cè)開(kāi)有通孔，另一側(cè)開(kāi)有槽型孔；所述立板呈l型，開(kāi)有供所述復(fù)位彈簧中探頭伸出的通孔和供所述推桿支架a和所述推桿支架b安裝的螺紋孔；所述推桿支架a和所述推桿支架b分別固定連接所述電動(dòng)推桿，所述角度桿以兩個(gè)角度的連接板從圓柱面伸出，形成v形，兩個(gè)伸出板上設(shè)有槽型孔，分別與所述電動(dòng)推桿和所述滑動(dòng)板中的凸臺(tái)相配合；所述角度桿中的圓柱端面開(kāi)有通孔，通孔內(nèi)設(shè)置有黃銅套筒，連接螺釘穿過(guò)固定墊圈及所述黃銅套筒螺紋連接所述旋轉(zhuǎn)桿支架，所述旋轉(zhuǎn)桿支架固定連接所述滑動(dòng)模板。

29、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述末端極坐標(biāo)激光頭包括末端齒輪箱、末端三反射曲路模塊、極坐標(biāo)徑向位移模塊和末端激光頭，所述末端齒輪箱固定連接所述c軸主軸箱的外側(cè)；所述末端齒輪箱另一端部與所述末端三反射曲路模塊下端相連接；所述極坐標(biāo)徑向位移模塊與所述末端三反射曲路模塊形成滑動(dòng)連接；所述末端激光頭下端與所述極坐標(biāo)徑向位移模塊以其滑動(dòng)方向的法向進(jìn)行連接；

30、所述末端齒輪箱內(nèi)設(shè)有末端主動(dòng)齒輪、末端從動(dòng)齒輪及末端旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述末端齒輪箱通過(guò)末端深溝球軸承連接末端主軸箱，所述末端旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定連接所述末端主軸箱，所述末端旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸穿過(guò)所述末端主軸箱固定連接所述所述末端主動(dòng)齒輪；所述末端從動(dòng)齒輪固定連接所述末端齒輪箱，所述末端從動(dòng)齒輪嚙合所述末端主動(dòng)齒輪；所述末端選抓電機(jī)與所述?c?軸主軸箱通過(guò)連接套筒進(jìn)行固定；

31、所述末端三重反射曲路模塊包括末端反射鏡、末端大反射鏡、末端移動(dòng)反射鏡及所述末端齒輪箱內(nèi)部的曲路部分，所述末端齒輪箱內(nèi)部曲路部分有兩個(gè)拐點(diǎn)；所述末端反射鏡裝在所述末端齒輪箱與所述?c軸主軸箱的連接軸線所對(duì)的端面上；所述末端移動(dòng)反射鏡固定連接末端直線移動(dòng)模塊，所述末端大反射鏡固定連接所述末端齒輪箱；

32、所述極坐標(biāo)徑向位移模塊包括末端小電機(jī)、末端絲杠、所述末端直線移動(dòng)模塊、末端直線主動(dòng)齒輪、末端直線從動(dòng)齒輪，所述末端直線移動(dòng)模塊設(shè)有凸臺(tái)與所述末端齒輪箱的凹坑相配合，形成滑動(dòng)連接；所述末端小電機(jī)固定連接所述末端齒輪箱，所述末端小電機(jī)的輸出軸穿過(guò)所述末端齒輪箱固定連接所述末端直線主動(dòng)齒輪；所述末端直線主動(dòng)齒輪與所述末端直線從動(dòng)齒輪相嚙合，所述末端直線從動(dòng)齒輪與所述末端絲杠進(jìn)行周向固定；所述末端絲杠軸承連接所述末端齒輪箱，所述末端絲杠與所述末端直線移動(dòng)模塊中內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)相配合；

33、所述末端激光頭包括末端激光頭基座、末端激光頭錐形圓筒、末端激光頭聚焦鏡片，所述末端激光頭基座通過(guò)所述末端直線移動(dòng)模塊上凹坑進(jìn)行定位并與其配合；所述末端激光頭錐形圓筒與所述末端激光頭基座通過(guò)螺紋旋入進(jìn)行連接；所述末端加光頭聚焦鏡片安裝在所述末端激光頭錐形圓筒內(nèi)部。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明解決了在大型半腔體類工件、大型工件在加工后需要整體翻轉(zhuǎn)定位從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、定位精度差、所需設(shè)備多的問(wèn)題。本發(fā)明在不同設(shè)備、工件腔體、等復(fù)雜環(huán)境中，通過(guò)檢測(cè)比對(duì)車身與環(huán)境的偏移量從而得到自身定位，從而實(shí)現(xiàn)自定位自校準(zhǔn)，在所述加工件內(nèi)腔中通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)精度校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂基于編程控制的基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)高精度切割。打破了傳統(tǒng)切割方式中基于不變的機(jī)床坐標(biāo)同過(guò)定位工件的加工方式，實(shí)現(xiàn)了一種基于加工設(shè)備自身適應(yīng)工件坐標(biāo)的方法。本發(fā)明解決了在工件加工中，如車體、車架等大類工件中，大規(guī)模平面圖形切割中傳統(tǒng)機(jī)械臂基于多自由度關(guān)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)末端的平面移動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械臂關(guān)節(jié)自身空間移動(dòng)量大、極多的自由度控制從而導(dǎo)致效率低、狹隘空間中導(dǎo)致末端無(wú)法進(jìn)行平面移動(dòng)的問(wèn)題。本發(fā)明在基于切割或焊接領(lǐng)域的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)機(jī)械臂基于多關(guān)節(jié)或基于xyz位移的龍門絎架進(jìn)行的平面移動(dòng)方法，在末端切割頭增加了極坐標(biāo)平面，使得機(jī)械臂關(guān)節(jié)數(shù)量減少，從而實(shí)現(xiàn)基于平面移動(dòng)時(shí)機(jī)械臂自身的擺動(dòng)范圍減小，大幅度提高了機(jī)械臂基于平面切割的范圍。同時(shí)在大規(guī)模小圖形切割時(shí)，本設(shè)備通過(guò)末端極坐標(biāo)體系，便可實(shí)現(xiàn)大部分小圖形的切割，從而避免的機(jī)械臂多關(guān)節(jié)的控制，極大的提高了切割效率和復(fù)雜腔體的適應(yīng)性。